WO2003100103A1 - Systeme de production d'un alliage contenant un metal du groupe des terres rares - Google Patents

Systeme de production d'un alliage contenant un metal du groupe des terres rares Download PDF

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WO2003100103A1
WO2003100103A1 PCT/JP2003/006740 JP0306740W WO03100103A1 WO 2003100103 A1 WO2003100103 A1 WO 2003100103A1 JP 0306740 W JP0306740 W JP 0306740W WO 03100103 A1 WO03100103 A1 WO 03100103A1
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WO
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alloy
cooling
solidifying
crystal structure
rare earth
Prior art date
Application number
PCT/JP2003/006740
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kazuhiko Yamamoto
Takayuki Shibamoto
Original Assignee
Santoku Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Santoku Corporation filed Critical Santoku Corporation
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0433—Nickel- or cobalt-based alloys
    • C22C1/0441—Alloys based on intermetallic compounds of the type rare earth - Co, Ni

Definitions

  • the present invention relates to a system for producing a rare earth metal-containing alloy that can be used for a magnet material, a hydrogen storage alloy, a negative electrode material for a secondary battery, and the like.
  • the alloy melt which is the raw material, is cooled with a rotating roll, and the ribbon or flake alloy (hereinafter, referred to as A system for manufacturing alloy (which may be referred to as an alloy piece) has been conventionally known.
  • This alloy piece is pulverized and used for various purposes.
  • such a production system does not require steps from the time when the alloy melt is supplied to the rotating roll to the point at which the alloy is separated from the rotating roll after cooling and solidification, in order to prevent oxidation of the alloy during alloy production. It is configured so that it can be performed in an active gas atmosphere.
  • the alloy piece immediately after being cooled and peeled by the rotating roll is not cooled to room temperature, but usually has a temperature of several hundred degrees.
  • Such high-temperature alloy flakes are instantaneously oxidized when exposed to the atmosphere, and sometimes burn. For this reason, high-temperature alloy pieces are usually stored in an airtight container in an inert gas atmosphere for about 24 hours until they reach room temperature, or are rapidly cooled to room temperature by gas cooling or the like.
  • the crystal structure of an alloy depends on the thermal history of the alloy piece during the production of the alloy.
  • a method of rapidly forcibly cooling an as-manufactured alloy piece to room temperature and then heat-treating it in a heat treatment furnace under desired conditions has been adopted.
  • attempts have been made to control the alloy crystal structure by controlling the melting temperature of the raw material, the primary cooling rate of the rotating roll, and the secondary cooling rate after the rotating roll is separated.
  • the control of the secondary cooling rate is performed by collecting the alloy pieces after the peeling of the rotating roll into a storage container made of a heat insulating material and holding the alloy pieces in the container for a predetermined time (for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-269643, Japanese Patent No. 3267133, Japanese Patent Laid-Open No. 10-36949, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-266006).
  • An object of the present invention is to easily and efficiently control the thermal history of an alloy to prevent oxidation of the alloy and obtain a preferable crystal structure during the production of a rare earth metal-containing alloy. It is an object of the present invention to provide a production system of a rare earth metal-containing alloy that can reduce the variation of the heat history in the inside.
  • a melting furnace for melting a rare earth metal-containing alloy raw material a solidifying means for continuously cooling and solidifying an alloy melt discharged from the melting furnace into an alloy piece, and bringing the alloy crystal structure of the alloy piece into a desired state
  • Control means for controlling the alloy crystal structure and cooling means for the alloy pieces are provided, and at least the melting furnace, the solidifying means, the means for controlling the alloy crystal structure and the cooling means can be implemented in an inert gas atmosphere.
  • a system for manufacturing a rare earth metal-containing alloy raw material wherein the alloy crystal structure controlling means includes a moving device having a moving space capable of continuously moving the alloy pieces discharged from the solidifying means to the cooling means,
  • a system for producing a rare earth metal-containing alloy raw material is provided, wherein the moving device has temperature adjusting means capable of controlling the inside of the moving space to a desired temperature.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the production system of the present invention.
  • FIG. 2 shows an example of a rotary kiln type moving device used in the manufacturing system of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing one example of a container-shaped cooler used in the production system of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of an apparatus having an alloy crystal structure control means and a cooling means used in the production system of the present invention, which is integrated.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of an apparatus having an alloy crystal structure controlling means and a cooling means used integrally in the production system of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the particle size distribution of the jet mill powder prepared in Example 1 and Comparative Example 1.
  • the production system of the present invention includes a melting furnace, a solidification unit, an alloy crystal structure control unit, and a cooling unit, and at least these units can be maintained in an inert gas atmosphere.
  • a melting furnace a normal heating vessel using a crucible or the like, for example, a melting furnace having a tilting means capable of tilting the heating vessel on a predetermined axis and allowing the molten alloy inside to flow out is used. it can. It is preferable that the melting furnace can discharge the alloy melt at a constant flow rate.
  • the solidifying means is capable of continuously solidifying the molten alloy into a shape such as a ribbon or a flake, and is, for example, a roll cooling and solidifying device such as a twin roll or a single roll, or a disk using a rotating disk or the like.
  • a cooling and solidifying device having a cooling and solidifying device and other known cooling and solidifying devices can be used.
  • the solidifying means preferably includes a tundish or the like.
  • a tundish a normal tundish having a bottom portion through which the alloy melt flows from the melting furnace and side portions that prevent the alloy melt from flowing out from both sides of the bottom portion may be used.
  • a tundish with a structure that delays the flow rate so as to temporarily store the alloy melt flowing out of the melting furnace and supplies the alloy melt to the cooling and solidifying device at a substantially uniform flow rate is used. You can also.
  • Examples of the tundish having such a structure include a tundish having a structure in which, for example, a weir plate provided with a plurality of alloy melt flow passages is provided on the bottom surface.
  • the solidifying means may include a crushing unit for further crushing the solidified product obtained by the cooling and solidifying device.
  • the crushing section is capable of crushing the solidified product into thin pieces of about lcm square.
  • the impact crushing plate may be provided at a position where the solidified material cooled by the cooling and solidifying device can collide with the discharged force.
  • the impact crush plate may be, for example, a hard plate made of a metal plate, a ceramic structure, or the like.
  • the alloy crystal structure controlling means is capable of continuously moving the alloy piece discharged from the solidifying means to a cooling means described later, and controlling the heat history of the alloy piece during the movement.
  • a moving device having a moving space in which the alloy piece can be moved, for example, reducing the cooling rate of the alloy piece, keeping the temperature of the alloy piece constant, and increasing the temperature of the alloy piece.
  • the apparatus has a temperature control means capable of controlling the inside of the moving space to a desired temperature in order to control the movement space or a combination thereof. At this time, the control of the heat history of the alloy ingot can be achieved by controlling the temperature and the moving speed in the moving space.
  • the moving device includes, for example, a rotatable tube (A) having a fin connected in a spiral at a predetermined angle on an inner wall surface, the rotatable tube (A) forming the moving space.
  • An apparatus having an externally heated electric furnace is exemplified.
  • the moving device comprises, for example, a connecting pipe in which a plurality of the pipes (A) are connected, and the temperature adjusting means so that each of the pipes (A) can independently control the temperature in the pipe (A).
  • the pipes (A) are composed of multiple pipes arranged coaxially, and each of the pipes (A) independently controls the temperature inside the pipe (A).
  • It may be an apparatus having the above-mentioned temperature adjusting means so that it can be obtained. In the case of such an apparatus, it is possible to control the temperature under different conditions for each of the plurality of tubes (A). In the case of having multiple tubes, the device can be made compact.
  • a tunnel furnace type device capable of controlling the inside of the tunnel to a predetermined temperature can be used as the moving device.
  • a belt conveyor or a diaphragm can be provided in the tunnel.
  • a guide or the like at the entrance to control the supply amount so that a substantially constant amount of alloy flakes is supplied into the tunnel.
  • the cooling unit is configured to control the heat history transferred from the alloy crystal structure control unit.
  • the cooling device is not particularly limited as long as it can store the metal pieces and can cool to room temperature in an inert gas atmosphere.
  • a cooling device that can cool to room temperature in a relatively short time, usually within 1 hour, preferably within 30 minutes using a refrigerant such as water or cooling gas is preferable.
  • the cooling means is, for example, a rotatable pipe, and a tubular cooler provided with a cooling mechanism through which a refrigerant flows inside or outside the pipe wall.
  • a large number of fins are provided on the inner wall of the tubular cooler from one end to the other end of the tube and substantially horizontal to the axis of rotation, so that alloy pieces are mixed and uniformly contact the inner wall of the vessel. preferable.
  • the alloy crystal structure control means and the cooling means are integrally formed, and the manufacturing system can be made compact.
  • the tubular cooler is held horizontally during cooling, and after the cooling is completed, the rotating shaft can be tilted to some extent so that the alloy piece is carried out of the tubular cooler.
  • the cooling means includes a container-shaped cooler capable of storing the alloy pieces transported from the alloy crystal structure controlling means.
  • the container-shaped cooler includes a container for storing the alloy pieces transported from the alloy crystal control means, and a cooler including a refrigerant supply device for circulating a refrigerant inside a hollow structure of a wall constituting the container. Is mentioned.
  • the cooling means is not limited to the above-described cooler, and includes, for example, a device for directly supplying a cooling gas (inactive gas) to the alloy piece to cool it, and natural cooling without a forced cooling means. It may be a device that can perform the operation.
  • the provision of the cooling means cools the alloy piece to room temperature, so that when the alloy piece is carried out of the production system, the alloy piece is substantially continuously produced. Pieces can be packaged in small pieces, which is efficient. In addition, even if the pulverizing step is performed after the alloy piece is carried out of the manufacturing system, the alloy piece is transferred to the pulverizing step without excessive oxidation of the alloy piece. Can be.
  • the production system of the present invention includes at least the melting furnace, the solidifying means, the alloy crystal controlling means, and the cooling means described above, and may be any as long as these can be maintained in an inert gas atmosphere.
  • all of them may be provided in one chamber capable of holding an inert gas atmosphere, or each means may be housed in a separate chamber and each may be held in an inert gas atmosphere. May be configured.
  • Such a chamber is hermetically sealed so as to be maintained in an inert gas atmosphere, and is supplied with an inert gas. What is necessary is just to be provided with the apparatus which can discharge. Further, it is preferable to provide a known pressure reducing device for reducing the pressure inside the chamber.
  • another chamber may be provided at an outlet for carrying out the alloy piece having passed through the cooling means to the outside of the system.
  • the other chamber may be provided with a communication / blocking means capable of connecting / blocking the outlet, and a device capable of holding the inside of the chamber under an inert gas atmosphere and reduced pressure.
  • the obtained alloy piece can be carried out of the system without introducing the atmosphere into the production system of the present invention.
  • a rare earth metal-containing alloy raw material can be produced as follows.
  • a rare earth metal-containing alloy raw material is melted in a melting furnace.
  • the rare earth metal-containing alloy raw material can be appropriately selected based on a known composition depending on the application.
  • the alloy raw material may be a mixture of various metals or a mother alloy. Melting conditions can be appropriately selected according to the alloy composition and the like based on known conditions.
  • the alloy melt discharged from the melting furnace by the solidifying means is continuously cooled and solidified into alloy pieces.
  • an alloy piece is obtained by solidifying the alloy melt into a strip or flake, or an alloy piece is obtained by solidifying the alloy melt into a strip or flake and then crushing the solidified material.
  • a roll cooling and solidifying device such as a double-necked roll, a single roll, a disk cooling and solidifying device using a rotating disk, and other known cooling and solidifying devices are used. Can be implemented.
  • each cooling and solidifying apparatus can be provided with a tundish or the like capable of controlling the flow of the alloy melt.
  • the cooling condition by the cooling and solidifying device can be appropriately selected in consideration of known conditions and the like according to the target rare earth-containing alloy.
  • the cooling rate is 100 ⁇ : It can be carried out at about 10,000 ° CZ seconds.
  • the crushing may be performed, for example, by setting a plate-like object having an alloy collision surface that can be crushed by the solidified alloy separated from the roll cooling and solidifying device colliding with the force of the separation at a desired location. It can be carried out.
  • the surface temperature of the alloy piece obtained by the cooling and solidifying device is usually about 700 ° C. or more, preferably about 800 ° C. or more.
  • the temperature of the alloy piece can be measured using a non-contact thermometer such as an optical thermometer or an infrared thermometer.
  • the heat history of the alloy piece is controlled to bring the alloy crystal structure into a desired state. It is desirable to control such thermal history of the alloy piece before the surface temperature of the alloy piece discharged from the solidifying means falls to 400 ° C or less, preferably 500 ° C or less. . In the case where the alloy crystal structure is controlled after the surface temperature of the alloy piece has dropped to 100 ° C. or lower, the energy loss required for the control increases.
  • the control of the alloy crystal structure can be performed on crystal grain size, crystal phase ratio, crystal precipitation shape, and the like.
  • the temperature and time greatly vary depending on the alloy composition, the thickness of the alloy piece, the desired crystal structure, and the like.
  • the reaction can be performed in a temperature range of 400 to 800 for about 1 second to 1 hour, preferably for about 2 seconds to 30 minutes, more preferably for 5 seconds to 20 minutes.
  • the cooling can be performed by cooling the alloy pieces to 200 ° C or lower, preferably 100 ° C or lower, and more preferably to about room temperature.
  • Such cooling may be natural cooling in addition to forced cooling using a refrigerant.
  • the energy required for controlling the alloy crystal structure can be reduced.
  • An alloy piece having a uniform alloy crystal structure can be obtained continuously from the molten metal.
  • the crystals can be homogenized in a very short time.
  • the steps of melting, solidifying, controlling the crystal structure of the alloy, and cooling all are continuously performed in an inert gas atmosphere. Can be obtained without any exposure to the atmosphere.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a production system for producing a rare earth metal-containing alloy according to the present invention
  • 10 is a production system.
  • the manufacturing system 10 includes an airtight first chamber 11 and a second chamber 12 that can be kept under an inert gas atmosphere and under reduced pressure, but the second chamber 12 is required. It is a chamber that can be provided according to the conditions.
  • the first chamber 11 includes a melting furnace 13 for melting the rare earth metal-containing alloy raw material, a rotating roll 15 for cooling and solidifying the alloy melt 17 discharged from the melting furnace 13 into a thin strip, and a melting furnace 13. Solidification consisting of a tundish 14 that guides the alloy melt 17 to a rotating roll 15 and an alloy crush plate 16 that crushes a thin strip-shaped rare earth metal-containing alloy 17a that is peeled off from the rotating roll 15 only by collision. Means, an alloy crystal structure control device 20 for homogenizing the alloy crystal structure of the crushed alloy 17b to a desired state, and a container cooler for accommodating the alloy 17c carried out from the device 20 and forcibly cooling it. 18 is provided.
  • the champer 11 is provided with a shutter 11a which can be opened and closed so as to maintain airtightness at a place communicating with the second chamber 112.
  • the melting furnace 13 has a structure in which, after melting the rare earth metal-containing alloy raw material, the alloy furnace 17 is tilted in the direction of arrow A about the axis 13a to allow the alloy melt 17 to flow through the tundish 14 in a substantially constant amount. .
  • the tundish 14 is a cross-sectional view omitting a side portion for preventing the alloy melt 17 from flowing out from the side surface.
  • the tundish 14 rectifies the alloy melt 17 flowing out of the melting furnace 13 and rotates the rotary roll 15.
  • a weir plate 14a for supplying a substantially uniform amount of water.
  • the outer peripheral surface of the rotary port 15 is formed of a material capable of cooling the alloy melt 17 such as copper, and includes a drive device (not shown) that can rotate at a constant angular velocity or the like.
  • the alloy crush plate 16 is a metal plate-like object provided at a position where the rare earth metal-containing alloy 17a peeled off from the rotating roll 15 can continuously collide.
  • the alloy 17b crushed by the alloy crush plate 16 usually has a surface temperature of 700 ° C. or more, although it varies depending on the alloy composition, cooling rate, and the like. Then, the device 20 is arranged at a position where the surface temperature does not become 400 ° C. or lower.
  • an alloy crystal structure control device 20a having a temperature control function of a mouth-to-mouth kiln system shown in FIG. 2 can be used.
  • the apparatus 20a includes a pipe 21 having an inlet 21a for the alloy 17b, an outlet 21b for carrying out the alloy 17c having a controlled alloy crystal structure, and a rotatable alloy 17b moving space provided with a heating unit 22 provided with a heating wire 22a. It is composed of Fins 23 are provided on the inner surface of the tube 21 so that the introduced alloy 17b advances toward the outlet 21b by rotation of the tube 21. Then, by rotating the tube 21 at a desired speed, the alloy 17b can be moved at a desired speed in the direction of the outlet 21b.
  • the alloy 17 introduced into the device 20a is controlled to a predetermined temperature by appropriately operating the heating unit 22. Further, by adjusting the rotation speed of the pipe 21, the installation angle of the fins 23, and the like, the heat history of the alloy 17b is controlled at the predetermined temperature for a predetermined time. Like this alloy By controlling 17a at a predetermined temperature for a predetermined time, alloy 17c having a desired uniform alloy crystal structure can be efficiently prepared in a short time.
  • a container-shaped cooler 18 for accommodating the alloy 17c and forcibly cooling it is provided.
  • the cooler 18 has a hollow wall, is provided with a refrigerant inlet 18x and a refrigerant outlet 18y, and has a structure in which the refrigerant can flow through the hollow structure. ing.
  • the pipes 31 and 32 of the cooling device 30 are connected to the refrigerant inlet 18x and the refrigerant outlet 18y, respectively, to cool the hollow structure. It can be performed by flowing a refrigerant such as a gas.
  • the alloy 17c cooled by the container cooler 18 is moved toward the shutter 11a, and the next empty container cooler 18 stores and cools the alloy 17c. Placed below the device 20 for
  • the container-shaped cooler 18 containing the cooled alloy 17c which has moved in the direction of the shutter 11a, then moves into the second chamber 112.
  • the chamber 12 is provided with a shirt 12a which can be opened and closed freely, and is provided with a gas introduction / discharge pipe and a pressure reducing device (not shown) which can bring the inside of the chamber 12 into an inert gas atmosphere.
  • the chamber 11 In order to move the container-shaped cooler 18 containing the cooled alloy 17c into the chamber 12, first, the chamber 11 is set to an inert gas atmosphere, the shutter 11 a of the chamber 11 is opened, and the container-shaped cooler 18 is opened. After moving 18 into the chamber 12, the shirt 11a is closed. Then, the inside of the chamber 1 12 is evacuated, and the inside of the container-like cooler 18 is closed with a cover 19 in order to keep the inside thereof in a closed state. Carry out to 125 outside of 12. By providing such a chamber 12, all the manufacturing steps can be performed while the chamber 11 is always maintained in an inert gas atmosphere state.
  • the devices 40 and 50 can be provided at positions such that the surface temperature of the alloy 17b crushed by the alloy crush plate 16 does not fall below the predetermined temperature, similarly to the device 20 shown in FIG.
  • the equipment (40, 50) is used for the alloy 17b inlet (41a, 51a), (41b, 51b) and a heating section (42, 52) provided with heating wires (42a, 52a), rotatable, and having a moving space capable of continuously moving the alloy 17b ( 41, 51-1, 51-2), and a tubular cooler (45, 55) rotatable coaxially outside the pipe (41, 51-2).
  • the device 40 is provided with a single tube 41 as a device for controlling the alloy crystal structure of the alloy 17b
  • the device 50 is provided with a double tube (51-1, 51-2) as a device for controlling the crystal structure of the alloy 17b.
  • the device 50 including the double tubes (51-1, 51-2) can be used, for example, when it is necessary to take a long time to control the alloy crystal structure of the alloy 17b or when the installation space is short.
  • the introduced alloy 17b proceeds to the outlet (41b, 51b) side by the rotation of the pipe (41, 51-1, 51-2).
  • fins (43, 53) are provided.
  • the fact that the introduced alloy 17b proceeds to the outlet 51b side means that the alloy 17b in the pipe (51-1 and 51-2) moves in the direction of the arrow due to the rotation of the pipe, and finally Means exit 51b.
  • the alloy 17b introduced into the pipe (41, 51-1, 51-2) is maintained at a predetermined temperature by appropriately operating the heating section (42, 52).
  • control is performed at the predetermined temperature for a predetermined time.
  • an alloy 17c having a uniform alloy crystal having a desired crystal structure can be efficiently prepared in a short time.
  • the tubular cooler (45, 55) is a cooling unit equipped with an outlet (46, 56) for carrying out the alloy 17c in which the alloy crystal is controlled and a refrigerant circulation pipe (47a, 57a) capable of circulating the refrigerant. It consists of a rotatable tube with (47, 57).
  • the tubular coolers (45, 55) are configured so that the rotating shaft is inclined to the outlet side during unloading in order to unload the forcibly cooled alloy 17c from the outlets (46, 56) to the outside of the pipe.
  • Fins (48, 58) are provided which can guide the alloy 17c to the outlets (46, 56) by being rotated in a direction opposite to that during cooling.
  • the inner surface of the tubular cooler (45, 55) may be provided with fins (not shown) that allow the alloy 17c to make uniform contact with the entire inner surface of the tubular cooler (45, 55).
  • each device does not necessarily need to be housed in one chamber 11, but may be housed individually in a chamber that can be in an inert gas atmosphere, and each device may be connected by a connecting pipe or the like.
  • the device (40, 50) is provided with a shielding valve (not shown) in the introduction connecting pipe up to the introduction port (41a, 51a) for introducing the alloy piece 17b, and the device is shielded by the shielding valve.
  • the inside of the device (40, 50) may be configured to be in an inert gas atmosphere. In this case, the devices (40, 50) need not be housed in a chamber that can be in an inert gas atmosphere.
  • the holding temperature in the pipe 51-1 and the holding temperature in the pipe 51-2 need not be the same temperature, and may be controlled at different temperatures.
  • the device 50 shown in FIG. 5 is used in place of the device 20, and a container without a cooling device is used in place of the container cooler 18 by the following method. Was prepared.
  • the surface speed of the roll 17a was set at 1.2 mZ seconds.
  • the surface temperature on the cooling surface side at the peeling position of the alloy piece solidified on the roll 17a was measured to be 880 ° C. by an infrared thermometer.
  • the time required from the start to the end of hot water was 20 minutes.
  • the alloy piece collides with the alloy crush plate 16 and becomes a thin piece having a diameter of about 50 mm and falls into the inlet 51a of the apparatus 50.
  • the dropped alloy chips are introduced into the pipe 51-1 of the device 50 at a surface temperature of 750 ° C or higher, and moved in the pipe 51-1 so as to be maintained at 750 ° C for 5 minutes. Next, it is introduced into the tube 51-2, moved inside the tube 51-2 so as to be kept at 600 ° C for 5 minutes, and moved into the tube 55.
  • the inside of the tube 55 is water-cooled, and the moved alloy pieces are forcibly and rapidly cooled to room temperature in the tube 55 and stored in a container.
  • the obtained alloy flakes are subjected to a hydrogenation treatment generally known as a magnet production process, and after dehydrogenation treatment, crushed by a small jet mill at a crushing gas pressure of 7.0 kg / cm 2 and a raw material supply speed of 4 kgZhr.
  • a hydrogenation treatment generally known as a magnet production process
  • dehydrogenation treatment crushed by a small jet mill at a crushing gas pressure of 7.0 kg / cm 2 and a raw material supply speed of 4 kgZhr.
  • Table 1 shows the uniform numbers when the Rosin-Rammler distribution is applied to the D50 of the powder and the particle size distribution of the jet mill pulverized powder.
  • Figure 6 shows the particle size distribution of the jet mill.
  • the R-rich phase interval was determined as follows. A cross-sectional micrograph of the alloy piece is taken with an optical microscope, and at the center in the cross-section in the thickness direction, a line segment that is approximately parallel to the surface of the piece is divided at equal intervals, and the unit width is longitudinally cut. Determine the number of phases. The value obtained by dividing the length of this measurement section by the number of R-rich phases is defined as the R-ricli phase interval. In this way, measure the R-rich phase interval over 100 units. In the present case, the number of R-rich at lcm (50 m) intervals at the center of the cross section of a 200-fold cross section photograph is measured at 5 points per photo. This was performed on 20 pieces, and a total of 100 data points were collected.
  • the equivalent number of the milled powder was determined as follows.
  • the alloy ⁇ is hydrogenated and ground by a jet mill to an average particle size of 3 to 7 m.
  • the particle size distribution of the alloy powder is measured using a laser-diffraction type particle size distribution analyzer. From this particle size distribution, the particle size integrated value (R (x) for each particle size (X) is obtained.
  • the logarithmic value (lnx) of each particle size and the reciprocal of the particle size integrated value are calculated by taking the logarithm twice (ln (ln ( l / R (x))))) Calculate ln (x) on the X-axis and (ln (ln (l / R (x)))) on the Y-axis to plot a straight line.
  • Example 1 the alloy pieces after the roll peeling were collected in a storage container made of a material having excellent heat insulating properties without using the device 50. After recovering all the alloy pieces, they were kept in a storage container for 10 minutes. The temperature of the piece immediately after the storage container was placed was 750 ° C, 705 ° C 3 minutes after recovery, and about 640 ° C 10 minutes later. After holding for 10 minutes, the alloy pieces were put into a water-cooled container and cooled to room temperature.
  • This alloy ribbon was subjected to a hydrogenation treatment and pulverization in the same manner as in Example 1 to give a powder.
  • the powder was measured in the same manner as in Example 1.
  • Table 1 shows the uniform numbers when the Rosin-Rammler distribution is applied to the particle size distribution of D50 and jet mill powder of the above.
  • Figure 6 shows the particle size distribution of the jet mill.

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Description

希土類金属含有合金の製造システム
背景技術
本発明は、 磁石材料、 水素吸蔵合金、 2次電池用負極材料等に利用可能な希土類金 属含有合金の製造システムに関する。
技術分野
磁石材料、 水素吸蔵合金、 2次電池用負極等に利用可能な希土類金属含有合金を製 造するにあたり、 原材料である合金溶融物を回転ロールで冷却し、 薄帯状又は薄片状 の合金 (以下、 合金铸片と記すことがある）を製造するシステムが従来から知られてい る。 この合金铸片は、 粉砕して各種用途に利用される。
通常、 このような製造システムは、 合金製造時における合金の酸化を防止するため に、 合金溶融物を回転ロールに供給する時点から、 冷却固化後、 回転ロールから合金 が剥離するまでの工程を不活性ガス雰囲気下で行なえるように構成している。 前記回 転ロールで冷却され、 剥離された直後の合金铸片は、 常温まで冷却されているわけで はなく、 通常数百度の温度を有している。 そのような高温の合金铸片は、 大気中に暴 露されると一瞬にして酸化され、 時には燃焼する危険性がある。 そのため、 高温の合 金铸片は、 不活性ガス雰囲気の気密性容器に入れられて常温になるまで、 通常 24時 間程度保管されたり、ガス冷却等により急速に常温まで冷却されたりしている (特許第 3201944号公報)。
ところで、 希土類金属含有合金を利用する分野においては、 その最終製品への性能 要求が、 例えば、 エレクトロニクス分野等の急激な進歩に伴い高くなつており、 より 高性能な物性を示す希土類金属含有合金の開発が望まれている。 特に、 合金結晶組織 を制御することがそのような性能の向上に繋がる。
一般に合金結晶組織は、 合金製造時における合金铸片の熱履歴に左右される。 合金 結晶組織を調整するために、铸造後の合金錡片を室温まで急速に強制冷却し、その後、 熱処理炉にて所望条件で熱処理する方法が取られている。 また、 特に磁石材料の分野 において、 原料の溶解温度、 前記回転ロールにおける 1次冷却速度、 回転ロール剥離 後の 2次冷却速度を制御することにより、 合金結晶組織を制御する試みがなされてい る。 2次冷却速度の制御は、 回転ロール剥離後の合金铸片を断熱材により構成された 収納容器に回収し、所定時間容器内に保持することにより行なわれている (例えば、特 開平 8-269643号公報、 特許第 3267133号公報、 特開平 10-36949号公報、 特開 2002-266006号公報)。
前記断熱材により構成された収納容器により合金铸片の熱履歴を制御する方法では、 铸造開始直後に固化された合金铸片の多くは、 収納容器と直接接触することにより熱 伝導を行い、 铸造が進むにつれ、 収納容器内で合金铸片が積み重なり、 合金铸片同士 の接触による熱伝導が行なわれるようになるため、 各合金铸片の熱履歴が不均一とな る。 特に工業上、 一度に数百 kg以上の合金を铸造した場合、 铸造開始から終了まで に数分〜数十分かかり、 収納容器からの合金铸片の回収は一度に行われることから容 器下部と容器上部の铸片では、 収納容器中での保持時間が大きく異なる。 そのため同 一製造ロット内での合金铸片の熱履歴の違いが大きくなり、 目的の合金結晶組織と異 なる合金铸片の割合が多くなる。 また、 断熱材により構成された収納容器に回収する だけでは、 合金踌片の冷却速度を遅くすることは可能であるが、 厳密な冷却速度の制 御や、 合金铸片温度を上昇させたり、 一定に保持することはできない。
発明の開示
本発明の目的は、 希土類金属含有合金の製造時に、 合金の酸化を防ぎ、 かつ好まし い結晶組織を得るために行う合金の熱履歴の制御を容易に、 且つ効率良く、 更には製 造ロット内での熱履歴のばらっきを少なくすることが可能な希土類金属含有合金の製 造システムを提供することにある。
本発明によれば、 希土類金属含有合金原料を溶融する溶融炉、 溶融炉から出湯する 合金溶融物を連続的に合金铸片に冷却固化する固化手段、 合金铸片の合金結晶組織を 所望状態に制御する合金結晶組織制御手段、 及び合金铸片の冷却手段を備え、 且つ少 なくとも溶融炉、 固化手段、 合金結晶組織制御手段及び冷却手段が不活性ガス雰囲気 下において実施しうるようになした希土類金属含有合金原料の製造システムであって、 前記合金結晶組織制御手段が、 前記固化手段から搬出される合金铸片を前記冷却手段 へ連続的に移動させうる移動空間を有する移動装置を備え、 該移動装置が、 該移動空 間内を所望温度に制御しうる温度調節手段を有することを特徴とする希土類金属含有 合金原料の製造システムが提供される。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の製造システムの一例を示す概略図である。
図 2は、 本発明の製造システムに用いるロータリーキルン方式の移動装置の一例を 示す概略図である。
図 3は、 本発明の製造システムに用いる容器状冷却器の一例を示す概略図である。 図 4は、 本発明の製造システムに用いる合金結晶組織制御手段と冷却手段とを一体 的に有する装置の一例を示す概略図である。
図 5は、 本発明の製造システムに用いる合金結晶組織制御手段と冷却手段とを一体 的に有する装置の他の例を示す概略図である。
図 6は、実施例 1及び比較例 1で調製したジエツトミル粉碎紛の粒度分布を示すグ ラフである。
発明の好ましい実施の態様
以下、 本発明を更に詳細に説明する。
本発明の製造システムは、 溶融炉、 固化手段、 合金結晶組織制御手段及び冷却手段 を備え、 少なくともこれらの手段を不活性ガス雰囲気下に保持しうるものである。 前記溶融炉としては、 坩堝等を用いた通常の加熱容器に、 例えば、 所定軸において 前記加熱容器が傾倒し、 内部の合金溶融物を流出させることができる傾倒手段を有す る溶融炉が使用できる。 前記溶融炉は、 合金溶融物を一定流量で流出させうることが 好ましい。
前記固化手段は、 合金溶融物を連続的に薄帯状や薄片状等の形状に固化させうるも のであって、 例えば、 双ロール、 単ロール等のロール冷却固化装置、 回転円盤等を用 いたディスク冷却固化装置、 その他公知の冷却固化装置を有する冷却固化装置を用い ることができる。
前記固化手段は、 タンディッシュ等を備えることが好ましい。 このタンディッシュ としては、 溶融炉からの合金溶融物が流通するための底面部と、 この底面部の両側か らの合金溶融物の流出を防止する側面部とを備える通常のタンディッシュを用いるこ とができる他、 溶融炉から流出してくる合金溶融物を一時的に貯湯するように流速を 遅延し、 合金溶融物を冷却固化装置に略均一流量で供給し得る構造としたタンディッ シュを用いることもできる。 このような構造のタンディッシュとしては、 前記底面部 に、 例えば複数の合金溶融物流通通路を設けた堰板を設置した構造等を備えるタンデ ィッシュが挙げられる。
前記固化手段は、 前記冷却固化装置で得られた固化物を更に破砕する破砕部を備え ていても良い。該破碎部は、前記固化物を lcm角程度の薄片に破碎できるものであれ ば特に限定されず、 前記冷却固化装置からの排出速度を利用する衝撃破砕板やフエザ —ミル等が挙げられる。
前記衝撃破碎板は、 冷却固化装置で冷却された固化物が、 排出される勢いで衝突し うる位置に設けることができる。 この衝撃破砕板は、 例えば、 金属板、 セラミックス 構造体等で形成された硬質な板状物であれば良い。
前記合金結晶組織制御手段は、 前記固化手段から搬出される合金铸片を後述する冷 却手段まで連続的に移動させることができ、 且つ該移動中に合金铸片の熱履歴を制御 しうる装置であって、前記合金铸片を移動させうる移動空間を有する移動装置を備え、 例えば、 合金铸片の冷却速度を遅くする、 合金铸片の温度を一定にする、 合金铸片の 温度を上昇させる又はこれらを組合わせた制御を可能にするために、 前記移動空間内 を所望温度に制御しうる温度調節手段を有しておれば特に限定されない。 この際、 合 金铸塊の熱履歴の制御は、 前記移動空間内の温度と移動速度とを制御することにより 達成することができる。
前記移動装置としては、 例えば、 前記移動空間を形成する、 内壁面に所定角度のら せん状に連なるフィンを有する回転可能な管 (A)を備え、 該管 (A)が、 前記温度調節手 段としての保温層及び加熱部の少なくとも一方を有する装置、 具体的には、 管内に合 金铸片を供給して回転させることにより、 合金铸片が所定速度で進行するロータリ一 キルン方式等の外熱式電気炉を有する装置等が挙げられる。
前記移動装置は、例えば、前記管 (A)を複数連結した連結管からなり、該管 (A)の各々 が、管 (A)内の温度を各独立に制御しうるように前記温度調節手段を有する装置であつ ても、 また、 複数の前記管 (A)が同軸的に配置された多重管からなり、 該各管 (A)が、 管 (A)内の温度を各独立に制御しうるように前記温度調節手段を有する装置であって も良い。 このような装置の場合、複数の管 (A)毎に異なる条件の温度調節が可能となる。 また、 多重管を有する場合、 装置をコンパクト化することができる。
また、 前記移動装置として、 トンネル内を所定温度に制御しうるトンネル炉形式の 装置を用いることもできる。トンネル炉形式の装置を用いて合金铸片を移送するには、 トンネル内にベルトコンベア一や振動板を設けて行うことができる。 トンネル炉形式 の場合、 温度調節の均一性を確保するには、 例えば、 トンネル内に略一定量の合金铸 片が供給されるように、 入口に供給量を制御するガイド等を設けることが好ましい。 前記冷却手段は、 前記合金結晶組織制御手段から搬送される熱履歴が制御された合 金铸片を収納し、 不活性ガス雰囲気下で常温まで冷却しうる冷却装置であれば特に限 定されない。生産効率を考慮すると、水、冷却ガス等の冷媒を利用して比較的短時間、 通常 1時間以内、好ましくは 30分間以内で常温まで冷却しうる冷却装置が好ましい。 前記冷却手段としては、 例えば、 回転可能な管であり、 管壁内部又は管壁外側に、 冷媒が流通する冷却機構を備えた管状冷却器等が挙げられる。 該管状冷却器の内壁に は、 管の一端から他端に対して回転軸と略水平の多数のフィンを設け、 合金錡片が混 合され、 一様に容器内壁に接するようにすることが好ましい。
前記管状冷却器は、 前記合金結晶組織制御手段における多重管の外側に同軸的に設 けることにより、 合金結晶組織制御手段と冷却手段とを一体に形成し、 製造システム をコンパクト化することもできる。 また、 該管状冷却器は、 冷却時には水平に保持さ れ、 冷却終了後、 合金铸片を管状冷却器外へ搬出するために、 回転軸がある程度傾動 可能にすることもできる。
前記冷却手段の他の例として、 前記合金結晶組織制御手段から搬送される合金铸片 を収納しうる容器状冷却器が挙げられる。 前記容器状冷却器としては、 前記合金結晶 制御手段から搬送される合金铸片を収納する容器と、 該容器を構成する壁の中空構造 の内部に冷媒を流通させる冷媒供給装置を備える冷却器等が挙げられる。
前記冷却手段は、 上述の冷却器に限定されるものではなく、例えば、 冷却ガス (不活 性ガス)を直接合金铸片に供給して冷却する装置、強制冷却手段を備えていない自然冷 却しうる装置であっても良い。
本発明の製造システムにおいては、 前記冷却手段を設けることにより、 合金铸片が 常温まで冷却されるので、 該合金铸片を製造システムの外へ搬出する際に、 実質的に 連続して合金铸片を小わけ包装することができ、 効率が良い。 また、 該合金铸片を製 造システムの外へ搬出した後、 更に粉砕工程等を行う場合であっても、 合金铸片の過 度の酸化を生じさせることなく該粉碎工程等へ移行することができる。
本発明の製造システムは、 前述の溶融炉、 固化手段、 合金結晶制御手段及び冷却手 段を少なくとも備えており、 且つこれらが不活性ガス雰囲気下に保持しうるものであ れば良い。 例えば、 これら全てが 1つの不活性ガス雰囲気に保持しうるチャンバ一内 に設けられていても良いし、 各手段がそれぞれ別個のチャンバ一に収容され、 各々不 活性ガス雰囲気下に保持しうるように構成されていても良い。 このようなチャンバ一 は、不活性ガス雰囲気下に保持するように気密にしたものであって、不活性ガス導入 · 排出可能な装置を具備したものであればよい。 またチャンバ一には、 内部を減圧しう る公知の減圧装置を設けることが好ましい。
本発明の製造システムにおいては、 上記各チャンバ一の他に、 冷却手段を経た合金 铸片をシステム外へ搬出する出口に、 更に他のチャンバ一を設けることもできる。 該 他のチャンバ一には、 前記出口を連通 ·遮断しうる連通 ·遮断手段と、 チャンバ一内 部を不活性ガス雰囲気及び減圧下に保持しうる装置を設けることができる。
前記他のチヤンバーを設けることにより、 本発明の製造システム内に大気を導入す ることなく、 得られた合金铸片をシステム外へ搬出することができる。
本発明の製造システムを用いて、 例えば以下のように希土類金属含有合金原料の製 造を行うことができる。
まず、溶融炉にて希土類金属含有合金原料を溶融する。希土類金属含有合金原料は、 用途に応じて公知の組成に基づいて適宜選択することができる。 合金原料は、 各種金 属の混合物であっても、 また母合金であっても良い。 溶融条件は公知の条件に基づい て合金組成等に応じて適宜選択することができる。
次いで、 固化手段により溶融炉から出湯する合金溶融物を連続的に合金铸片に冷却 固化する。 例えば、 合金溶融物を薄帯状又は薄片状に固化することによって合金鍀片 を得るか又は合金溶融物を薄帯状又は薄片状に固化した後、 該固化物を破碎すること により合金铸片を得ることができる。 合金溶融物を薄帯状又は薄片状にするには、 例 えば、 双口一ル、 単ロール等のロール冷却固化装置、 回転円盤等を用いたディスク冷 却固化装置、 その他公知の冷却固化装置を用いて実施できる。 また、 厚さが均一な合 金铸片を得るために、 各冷却固化装置には、 合金溶融物の流れを制御できるタンディ ッシュ等を設けることができる。
冷却固化装置による冷却条件は、 目的の希土類含有合金に応じて公知の条件等を勘 案して適宜選択できる。 通常、 冷却速度 100〜： 10000°CZ秒程度で実施できる。
前記破碎は、 例えば、 ロール冷却固化装置から剥離してくる合金固化物が、 該剥離 時の勢いで衝突することにより破碎しうる合金衝突面を有する板状物等を所望箇所に 設置することにより行うことができる。
前記冷却固化装置により得られる合金铸片の表面温度は、 通常、 700°C以上、 好ま しくは 800°C以上程度である。 合金铸片の温度は、 光温度計、 赤外線温度測定器等非 接触の温度計等を用いて測定できる。 次いで、 合金錡片を連続的に移動させながら、 温度調節することにより、 合金铸片 の熱履歴を制御して合金結晶組織を所望の状態にする。 このような合金铸片の熱履歴 の制御は、 固化手段から搬出された合金铸片の表面温度が、 通常 400°C以下、 好まし くは 500°C以下に降温する前に行うことが望ましい。 合金铸片の表面温度が 100°C以 下に降温した後に合金結晶組織の制御を行う場合、 該制御に要するエネルギーのロス が大きくなる。 合金結晶組織の制御は、 結晶粒径、 結晶の相比、 結晶の析出形状等に ついて行うことができる。 その温度や時間は、 合金組成、 合金铸片の厚さ、 目的の結 晶組織等によって大きく異なる。 400〜800 の温度範囲で 1秒間〜 1時間程度、 好ま しくは 2秒間〜 30分間程度、 更に好ましくは 5秒間〜 20分間の短時間で行うことが できる。
次いで、合金铸片を冷却する。該冷却は、合金铸片を 200°C以下、好ましくは 100°C 以下、 さらに好ましくは室温程度まで冷却することにより行うことができる。 このよ うな冷却は、 冷媒を用いた強制冷却の他に、 自然冷却であっても良い。
本発明の製造システムを用いた場合、 合金銬片を常温程度まで強制冷却した後に熱 処理工程を行う従来の方法とは異なり、 合金結晶組織制御のために要するエネルギー を削減することができ、 合金溶湯から連続して合金結晶組織が均一化した合金铸片を 得ることができる。 しかも、 驚くことに非常に短時間で結晶を均一化することができ る。
本発明の製造システムにおいては、 溶融、 固化、 合金結晶組織制御及び冷却すベて の工程を不活性ガス雰囲気中で連続的に行うため、 常温程度まで冷却された合金铸片 を、 酸化の原因となる大気中に一度も暴露せずに得ることができる。
以下に図面を参照して本発明の製造システムの例を具体的に説明するが、 本発明の システムはこれに限定されない。
図 1は、 本発明の希土類金属含有合金を製造するための製造システムを説明する概 略図であって、 10は製造システムである。
製造システム 10は、 不活性ガス雰囲気下及び減圧下にすることができる気密性の 第 1のチャンバ一 11と、 第 2のチャンバ一 12とから構成されるが、 第 2のチャンバ —12は必要に応じて設けることができるチヤンバ一である。
第 1のチャンバ一 11は、 希土類金属含有合金原料を溶融する溶融炉 13と、 溶融炉 13から出湯する合金溶融物 17を薄帯状に冷却固化する回転ロール 15、 溶融炉 13か らの合金溶融物 17を回転ロール 15に誘導するタンディッシュ 14、 及び回転ロール 15から剥離してくる薄帯状の希土類金属含有合金 17aを、 衝突することのみにより 破碎させる合金破砕板 16からなる固化手段と、 破碎された合金 17bの合金結晶組織 を所望の状態に均一化するための合金結晶組織制御装置 20と、該装置 20から搬出さ れる合金 17cを収納し、 強制冷却する容器状冷却器 18とを備える。 このチャンパ一 11は、 第 2のチャンバ一 12と連通する箇所に、 気密性を保持できる開閉自在なシャ ッター 11aを備える。
溶融炉 13は、 希土類金属含有合金原料を溶融したのち、 軸 13aを中心に矢印 A方 向に傾倒して、合金溶融物 17を略一定量づっタンディッシュ 14へ流通させうる構造 となっている。
タンディッシュ 14は、合金溶融物 17が側面から流出するのを防止する側面部を省 略した断面図で示しており、溶融炉 13から流出してくる合金溶融物 17を整流させて 回転ロール 15に略均一量で供給するための堰板 14aを備えている。
回転口一ル 15は、 外周面が銅等の合金溶融物 17を冷却し得る材料で形成され、一 定角速度等で回転可能な駆動装置 (図示せず)を備えている。
合金破碎板 16は、回転ロール 15から剥離してくる希土類金属含有合金 17aが連続 的に衝突しうる位置に設置された金属製の板状物である。
前記合金破砕板 16により破砕された合金 17bは、 合金組成、 冷却速度等によって も異なるが、 通常、 700°C以上の表面温度を有する。 そして、 この表面温度が 400°C 以下にならないような位置に装置 20を配置する。
装置 20としては、 図 2に示す、 口一タリ一キルン方式の温度調節機能を有する合 金結晶組織制御装置 20aを用いることができる。 該装置 20aは、 合金 17bの導入口 21a、 合金結晶組織が制御された合金 17cを搬出する出口 21b及び熱線 22aを配した 加熱部 22を備えた回転可能な合金 17bの移動空間を有する管 21から構成されている。 該管 21の内面には、 管 21の回転により、 導入された合金 17bが出口 21b側に進行 するように、 フィン 23が設けられている。 そして、 管 21を所望の速度で回転させる ことにより、 合金 17bを所望速度で出口 21b方向へ移動させることができる。
装置 20aに導入された合金 17 は、 加熱部 22を適宜作動させることにより所定温 度に制御される。 また、管 21の回転速度やフィン 23の設置角度等を調節することに より、 該所定温度において所定時間合金 17bの熱履歴が制御される。 このように合金 17aを所定温度で所定時間制御することにより、 所望の均一な合金結晶組織を有する 合金 17cを短時間に、 効率良く調製することができる。
装置 20の下方には、合金 17cを収納し、強制冷却するための容器状冷却器 18を備 えられる。 該冷却器 18は、 例えば、 図 3に示されるように、 壁が中空になっており、 冷媒搬入口 18xと冷媒搬出口 18yとを備え、 該中空構造内に冷媒を流通しうる構造 になっている。 該容器状冷却器 18に収納された合金 17cを冷却するには、 冷却装置 30の管 31及び管 32を前記冷媒搬入口 18x及び冷媒搬出口 18 yにそれぞれ接続し、 前記中空構造内に冷却ガス等の冷媒を流通させることにより行うことができる。
容器状冷却器 18により冷却された合金 17cは、 冷却器 18から冷却装置 30を外し た後、 シャッター 11aの方向に移動され、 次の空状態の容器状冷却器 18が合金 17c を収納、 冷却するために装置 20の下方に配される。
シャッター 11aの方向に移動した、冷却された合金 17cを収納した容器状冷却器 18 は、 次に、 第 2のチャンバ一 12内に移動する。 チャンバ一 12は、 開閉自在なシャツ 夕一 12aを備え、且つチヤンバ一 12内を不活性ガス雰囲気下にしうるガス導入 ·排出 管及び減圧装置 (図示せず)を備える。
冷却された合金 17cを収納した容器状冷却器 18をチャンバ一 12内に移動させるに は、 まず、 チャンバ一 12内を不活性ガス雰囲気としてチャンバ一 11のシャッター 11a を開放し、 容器状冷却器 18をチャンバ一 12内に移動した後、 シャツタ一 11aを閉じ る。 次いで、 チャンバ一 12内を真空引きし、 容器状冷却器 18内を密閉状態とするた めに蓋 19により蓋をした後、 シャッター 12aを開放し、 気密状態の容器状冷却器 18 をチャンバ一 12の外 ¾5へ搬出する。 このようなチャンバ一 12を設けることにより、 チヤンバー 11 を常に不活性ガス雰囲気状態に維持しながら全ての製造工程を実施す ることが可能になる。
次に、図 4及び図 5を参照して、 図 2に示す合金結晶組織制御装置 20aの代わりに、 合金結晶組織制御手段と冷却手段とを一体とした装置 40又は装置 50を用いる場合の 製造システムについて説明する。
装置 40及び 50は、 図 1に示す装置 20と同様に、 合金破碎板 16により破砕され た合金 17bの表面温度が前記所定温度以下にならないような位置に設けることができ る。
装置 (40, 50)は、合金 17bの導入口 (41a， 51a),合金結晶組織が制御された合金 17c を搬出する出口 (41b， 51b)及び熱線 (42a, 52a)を配した加熱部 (42, 52)を備えた回転 可能であり、 且つ合金 17bを連続的に移動させうる移動空間を有する管 (41， 51-1， 51-2)を備え、 更に、 管 (41, 51-2)の外側には、 同軸的に回転可能な管状冷却器 (45, 55)を備える。要するに、装置 40は、合金 17bの合金結晶組織制御装置として単管 41 を備え、装置 50は、合金 17bの合金結晶組織制御装置として二重管 (51-1， 51-2)を備 える。二重管 (51-1， 51-2)を備える装置 50は、 例えば、 合金 17bの合金結晶組織制御 時間を長く取る必要がある場合や設置スペースを短くする際等に利用できる。
管 (41, 51-1， 51-2)の内面には、 管 (41， 51-1， 51-2)の回転により、 導入された合 金 17bが出口 (41b， 51b)側に進行するように、 フィン (43， 53)が設けられている。 こ こで、 装置 50において、 導入された合金 17bが出口 51b側に進行するとは、 管 (51- 1, 51-2)内の合金 17bが、 管の回転により矢印方向に移動し、 最終的に出口 51bに進 行することを意味する。
管 (41， 51-1, 51-2)に導入された合金 17bは、 加熱部 (42, 52)を適宜作動させるこ とにより所定温度に保持される。 また、 管 (41, 51-1, 51-2)の回転速度やフィン (43， 53)の設置角度を調節することにより、該所定温度において所定時間制御される。 この ように合金 17aを所定温度で所定時間制御することにより、所望の結晶組織を有する 均一な合金結晶を有する合金 17cを短時間に、 効率良く調製することができる。
管状冷却器 (45, 55)は、 合金結晶が制御された合金 17cを搬出する出口 (46， 56)及 び冷媒を循環させることが可能な冷媒循環管 (47a, 57a)を配した冷却部 (47, 57)を備 えた回転可能な管からなる。 また、 管状冷却器 (45, 55)は、 強制冷却した合金 17cを 出口 (46， 56)から管外に搬出するために、 搬出時に回転軸が出口側に傾斜するように 構成されている。 更に、 管状冷却器 (45, 55)内の出口側には、 合金 17cを管外に搬出 するために、 冷却時の回転によっては合金 17cに対して何等作用せず、 回転軸を傾斜 させ、 冷却時とは逆回転させることにより、 合金 17cを出口 (46, 56)に誘導すること ができるフィン (48, 58)が設けられている。
管状冷却器 (45, 55)の内面には、 合金 17cを管状冷却器 (45， 55)の内面全体に均一 に接触させることを可能にするフィン (図示せず)を設けることもできる。
装置 20aの代わりに前記装置 (40, 50)を用いることにより、 合金結晶を所望の組織 に制御しながら、 合金の強制冷却を行うことができる他、 製造システムのスペース効 率を向上させることができる。 従って、 図 1における容器状冷却器 18の代わりに、 通常の収納容器を用いることができ、 該収納容器に合金 17cを収納する際の雰囲気は、 必ずしも不活性ガス雰囲気とする必要はなく、 不活性ガス雰囲気にしうるチヤンバ一 11内には、溶融炉 13から装置 (40又は 50)までを収容すれば良い場合もある。 この際、 各装置は必ずしも 1つのチャンバ一 11内に収容される必要はなく、個々に不活性ガス 雰囲気にしうるチャンバ一内に収容し、 各装置を連結管等で接続することもできる。 また、 装置 (40、 50)は、 例えば、 合金铸片 17bを導入する導入口 (41a、 51a)までの導 入連絡管内に遮蔽弁 (図示せず)を設け、 該遮蔽弁で遮蔽して装置 (40、 50)内を不活性 ガス雰囲気にしうる構成とすることもできる。 この際、 装置 (40、 50)は、 不活性ガス 雰囲気にしうるチヤンバ一内に収容する必要はない。
更に、 装置 50を用いる場合、 管 51-1内と管 51-2内との保持温度は同一温度であ る必要はなく、 異なる温度で制御しても良い。
実施例
以下、 本発明を実施例により更に詳細に説明するが、 本発明はこれらに限定されな い。
実施例 1
上述の図 1に示す製造システム 10において、 装置 20の代わりに図 5に示す装置 50を用い、 容器状冷却器 18の代わりに冷却装置を備えていない容器を用いて以下の 方法により合金铸片を調製した。
ネオジム 32.8質量％、 硼素 1.02質量％、 アルミニウム 0.28質量％、 残部鉄で、 合 計重量が 500kgとなるようにそれぞれの原料を秤量し、真空溶解炉 13で溶解した後、 1430°Cで出湯し、 水冷銅ロール 17a上に夕ンディッシュ 14を通して供給し連続的に 凝固させる。 ロール 17aの表面速度は 1.2mZ秒で行った。 ロール 17a上で凝固した 合金铸片の剥離位置における放冷面側の表面温度を赤外線温度測定器で測定したとこ ろ 880°Cであった。 出湯の開始から終了までに要した時間は 20分であった。 該合金 铸片は、合金破砕板 16に衝突し直径約 50mm程度の薄片となり装置 50の導入口 51a へ落下する。 この落下した合金铸片は、 表面温度が 750°C以上の状態で、 装置 50の 管 51-1に導入され、 750°Cで 5分間保持されるように管 51-1内を移動し、 次に、 管 51-2に導入され、 600°Cで 5分間保持されるように管 51-2内を移動し、 管 55内に移 動する。管 55内は水冷されており移動した合金铸片は管 55内で室温まで強制急冷し、 容器に収容する。 次いで、 得られた合金铸片を磁石製造プロセスとして一般的に知られる水素化処理 を行い脱水素処理の後、 粉砕ガス圧 7.0kg/cm2、 原料供給スピード 4kgZhrで小型 ジエツトミルにより粉砕を行った。铸造開始直後、中盤、終了直前の合金铸片の R-rich 相間隔の平均値、铸造ロッ卜から無作為にサンプリングした合金铸片の R-rich相間隔 の平均値、 標準偏差、 ジェットミル粉砕紛の D50、 ジェットミル粉砕紛の粒度分布に Rosin-Rammler分布を適応した時の均等数を表 1に示す。 ジエツトミル粉碎紛の粒 度分布を図 6に示す。
ここで、 R-rich相間隔は次のようにして求めた。 合金鍀片の断面組織写真を光学顕 微鏡により撮影し、 厚み方向断面中央部において、 錡片の面部分に略平行な線分を等 間隔に分割し、その単位幅を縦断する R-rich相の数を測定する。 この測定区間の長さ を R-rich相の数で割つた値を R-ricli相間隔とする。 このようにして R-rich相間隔を 100単位以上測定する。本件では 200倍の断面組織写真の断面中央部において lcm(50 m)間隔の R-richの数を 1枚の写真につき 5点測定する。これを 20枚の铸片につい て行い、 計 100点のデータを採取した。
また、 ジェットミル粉碎粉の均等数は次のようにして求めた。 合金铸片を水素化粉 砕して、 ジェットミルにより平均粒度 3〜7 m になるよう粉碎を行う。 得られた粉 末をレーザ—回折式粒度分布測定器を用いて合金粉末の粒度分布を測定する。 この粒 度分布から各粒度 (X)に対する粒度積算値 (R(x》を求める。そして各粒度の対数値 (lnx) と粒度積算値の逆数について 2回対数をとつた値 (ln(ln(l/R(x))))を算出する。 X軸に ln(x)、 Y軸に (ln(ln(l/R(x))))をとりプロッ卜すると直線になり、 この直線の傾きが Rosin-Rammler分布における均等数となる。 また、 粒度特性数は R(x)=0.368とな る時の Xの値である。 均等数が大きいほど粒度分布はシヤープで合金組織のばらつき は小さく、 小さいほど粒度分布はブロードで合金組織のばらつきは大きい。
比較例 1
実施例 1において、 ロール剥離後の合金铸片を装置 50を用いずに、 断熱性の優れ た材質により構成された収納容器に回収した。 合金铸片を全量回収後、 収納容器中で 10分間保持させた。収納容器投入直後の铸片温度は 750°C、 回収後 3分で 705°C、 10 分後の温度は約 640°Cであった。 10分保持後、 合金錡片を水冷容器に投入し、 室温ま で冷却した。
この合金薄帯を、 実施例 1と同様に水素化処理及ぴ粉碎して粉末ィ匕し、 得られた粉 末を実施例 1と同様に測定した。 铸造開始直後、 中盤、 終了直前の合金铸片の R-ricli 相間隔の平均値、铸造ロットから無作為にサンプリングした合金錡片の R-rich相間隔 の平均値、 標準偏差、 ジェットミル粉砕紛の D50、 ジェットミル粉碎紛の粒度分布に Rosin-Rammler分布を適応した時の均等数を表 1に示す。 ジエツトミル粉碎紛の粒 度分布を図 6に示す。
R-rich相間隔 ( m) ジェットミル粉枠
粉末の粒度分布 終了 無作為抽出 無作為抽出 D50
直後 直前 標準 I a (M m)
実施例 1 5.27 4.93 5.41 5.18 1.2 5.46 2.22 比較例 1 6.35 5.39 4.68 5.58 2.5 5.89 2.11

Claims

請求の範囲
1 . 希土類金属含有合金原料を溶融する溶融炉、 溶融炉から出湯する合金溶融物を連 続的に合金铸片に冷却固化する固化手段、 合金铸片の合金結晶組織を所望状態に制 御する合金結晶組織制御手段、 及び合金铸片の冷却手段を備え、 且つ少なくとも溶 融炉、 固化手段、 合金結晶組織制御手段及び冷却手段が不活性ガス雰囲気下におい て実施しうるようになした希土類金属含有合金原料の製造システムであって、 前記合金結晶組織制御手段が、 前記固化手段から搬出される合金铸片を前記冷却 手段へ連続的に移動させうる移動空間を有する移動装置を備え、 該移動装置が、 該 移動空間内を所望温度に制御しうる温度調節手段を有することを特徴とする希土類 金属含有合金原料の製造システム。
2 . 前記移動装置が、 前記移動空間を形成する、 内壁面に所定角度のらせん状に連な るフィンを有する回転可能な管 (A)を備え、 該管 (A)が、 前記温度調節手段としての 保温層及び加熱部の少なくとも一方を有することを特徴とする請求の範囲 1の製造 システム。
3 . 前記移動装置が、 前記管 (A)を複数連結した連結管からなり、 該管 (A)の各々が、 管 (A)内の温度を各独立に制御しうるように前記温度調節手段を有することを特徴 とする請求の範囲 2の製造システム。
4. 前記移動装置が、複数の前記管 (A)が同軸的に配置された多重管からなり、該各管 (A)が、 管 (A)内の温度を各独立に制御しうるように前記温度調節手段を有すること を特徴とする請求の範囲 2の製造システム。
5 . 前記冷却手段が、 前記合金結晶組織制御手段から搬送される合金錶片を収納でき る容器と、 該容器を構成する壁の中空構造の内部に冷媒を流通させうる冷媒供給装 置とを備えることを特徴とする請求の範囲 1の製造システム。
6. 前記冷却手段が、 回転可能な管状冷却器からなり、 該管状冷却器が、 前記多重管 の外側に同軸的に設けられていることを特徴とする請求の範囲 4の製造システム。
7 . 前記管状冷却器が、 内壁面に複数のフィンを有することを特徴とする請求の範囲 6の製造システム。
8 . 前記管状冷却器が、 該管状冷却器を構成する壁の内部に冷媒循環手段を備えるこ とを特徴とする請求の範囲 6の製造システム。
9 . 前記固化手段が、 合金溶湯を薄帯状又は薄片状に冷却固化する冷却固化装置と、 溶融炉からの合金溶湯を該冷却固化装置に誘導するタンディッシュとを有すること を特徴とする請求の範囲 1の製造システム。
0 . 前記固化手段が、 前記冷却固化装置で固化した合金を破碎する破砕部を有する ことを特徴とする請求の範囲 9の製造システム。
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